Progrès de la recherche sur les inhibiteurs de tartre écologiques pour le développement des champs pétrolifères

Le développement des inhibiteurs de tartre :

Les inhibiteurs de tartre inhibent la formation de tartre en perturbant une ou plusieurs étapes du processus de formation de tartre. Dans les années 1930, des inhibiteurs de tartre polymères naturels tels que la lignine et le tanin ont été utilisés pour empêcher la formation de tartre, mais ils souffraient de performances instables et nécessitaient des doses élevées. Dans les années 1950, pour améliorer leur inhibition de tartre, les inhibiteurs de tartre polymères naturels ont été progressivement remplacés par des phosphates inorganiques, tels que le tripolyphosphate de sodium. Dans les années 1960, des phosphates organiques, tels que l'acide aminotriméthylène phosphorique, ont été développés. Les inhibiteurs de tartre phosphatés offrent une inhibition de tartre excellente et stable, et ont longtemps dominé le classement des inhibiteurs de tartre malhydrolysés dans les années 1970, tels que les polymères synolysés. Ils offrent de meilleures performances d'inhibition du tartre mais ont une tolérance plus faible au calcium. Dans les années 1990, des inhibiteurs de tartre à base d'acide sulfonique avec une stabilité et une résistance à la température améliorées, tels que le copolymère d'acide sulfonique d'acide AA-méthacrylique, ont été développés. Parce que les inhibiteurs de tartre traditionnels sont difficiles à dégrader, les gens ont progressivement réalisé leur menace potentielle pour l'environnement écologique. À la fin du XXe siècle, des inhibiteurs de tartre verts et respectueux de l'environnement, tels que l'acide polyépoxysuccinique et l'acide polyaspartique, ont été développés. Ces inhibiteurs de tartre sans phosphore et azote, biodégradables et sans danger pour l'eau sont depuis longtemps un point chaud de recherche dans le domaine des inhibiteurs de tartre. En 2015, la norme nationale obligatoire GB 31570-2015, "Petroleum Refining Industry Pollutant Emission Standard", a été promulguée, stipulant que la teneur totale en phosphore dans les eaux rejetées ne doit pas dépasser 1,0 mg / L. Par conséquent, la recherche sur les inhibiteurs de tartre devrait se concentrer sur la réduction des émissions de phosphore à la source et la protection de l'environnement écologique, dans le but de développer des inhibiteurs de tartre verte non toxiques et non polluants.

Inhibiteurs de tartre écologiques :

Développés en réponse à la tendance à construire une société respectueuse de l'environnement, les inhibiteurs de tartre vert offrent des avantages tels qu'une efficacité d'inhibition à grande échelle, une biodégradabilité et un respect de l'environnement. Actuellement, les inhibiteurs de tartre vert les plus couramment utilisés dans les champs pétrolifères sont l'acide polyépoxysuccinique (PESA) et l'acide polyaspartique (PASP). Pour améliorer l'efficacité de ces deux inhibiteurs de tartre vert dans les champs pétrolifères, de nombreux chercheurs ont récemment introduit dans les groupes PESA et PASP une électronégativité élevée qui facilite la chélation avec des cations métalliques tels que Ca2 +, Mg2 + et Ba2 +, ou augmente la solubilité des cations métalliques en solution.

Le tableau 1 résume plusieurs groupes fonctionnels couramment utilisés pour modifier le PESA et le PASP et leur biodégradabilité. 

2,1 Inhibiteur du tartre de l'acide polyépoxysuccinique

L'inhibiteur de tartre de l'acide polyépoxysuccinique (PESA) est un inhibiteur de tartre vert sans phosphore et azote développé aux États-Unis dans les années 1990. Il présente une excellente biodégradabilité et une adaptabilité environnementale relativement bonne, ce qui le rend adapté aux environnements aquatiques à fortes concentrations d'alcalins et de métaux. Les molécules de PESA contiennent de multiples groupes carboxyle, qui s'ionisent lors de la dissolution pour produire des anions carboxyle. Dans des conditions alcalines, ces anions carboxyle peuvent transformer la structure de la chaîne de la molécule d'inhibiteur de tartre de courbe à droite, exposant des groupes plus chargés négativement. Cela leur permet de s'adsorber et de s'emmêler dans les cristaux de tartre, de les déformer et d'affecter leur croissance ou de modifier leur forme cristalline, inhibant ainsi la formation de tartre et de calcium soluble. De plus, les groupes carboxyle peuvent chélater avec des ions solubles et augmenter leur inhibition et de calcium. La voie de synthèse générale du PESA est la suivante : l'anhydride maléique est hydrolysé dans des conditions alcalines pour produire du maléate de sodium. Ensuite, le maléate de sodium est époxydé en présence d'un catalyseur (tungstate de sodium) et d'un oxydant (peroxyde d'hydrogène) pour produire de l'époxysuccinate de sodium. Enfin, l'époxysuccinate de sodium est polymérisé en présence d'un initiateur (hydroxyde de calcium) pour former de l'acide polyépoxysuccinique. Le PESA a un bon potentiel d'inhibition à l'échelle, mais sa résistance à haute température est médiocre et a un effet de seuil, ce qui limite sa plage d'application. Par conséquent, la recherche sur le PESA est d'élargir la plage d'application du PESA, y compris l'élargissement de la température applicable et l'augmentation de la limite supérieure de la concentration en ions. Afin de la série PESA modifiée, les chercheurs ont mis au PESA ont modifié la concentration en acides. 

2.1.1 Introduction de groupes modifiés pour améliorer les performances PESA 

(1) Introduction de -NH2 pour améliorer la capacité d'adsorption

(2) Introduction de -COOH pour améliorer la capacité de chélation et de distorsion du réseau

(3) Introduction du -CO-NH- pour améliorer la biodégradation, l'adsorption et la chélation

2,2 Inhibiteur de tartre d'acide polyaspartique

L'inhibiteur de tartre de l'acide polyaspartique (PASP) est également un inhibiteur de tartre vert qui est non polluant, non toxique, inoffensif et facilement biodégradable. Le PASP a des structures de type α- et β et contient également des groupes carboxyle. Les groupes carboxyle s'ionisent, générant des ions négatifs qui chélatent avec des ions métalliques tels que Ca2 + et Mg2 +, augmentant ainsi leur solubilité et obtenant une inhibition de tartre. La figure 5 montre la voie de synthèse actuelle du PASP. Tout d'abord, le polysuccinimide intermédiaire (PSI) est synthétisé, suivi d'une hydrolyse alcaline du PSI pour produire du PSAP. Selon les matières premières, la synthèse du PSI peut être réalisée en utilisant l'acide L-aspartique (L-Asp) comme réactif ou en utilisant l'anhydride maléique et les sels d'ammonium.

2.2.1 Présentation de groupes modifiés pour améliorer les performances du PASP

(1) Introduction du -CO-NH- pour améliorer la biodégradation, l'adsorption et la chélation

(2) Introduction de -SO3H pour améliorer la résistance aux hautes températures

(3) Introduire -OH pour améliorer la capacité d'adsorption

Problèmes et perspectives

Actuellement, de nombreux inhibiteurs de l'échelle verte ont montré de bonnes performances d'inhibition de l'échelle, et même le taux d'inhibition de l'échelle peut atteindre 100 %. Cependant, ces inhibiteurs de l'échelle verte sont principalement ciblés sur un type d'échelle et la recherche sur le mécanisme d'inhibition de l'échelle n'est pas assez approfondie. De plus, le contrôle des coûts et l'industrialisation des inhibiteurs de l'échelle verte doivent être étudiés. Afin d'obtenir un inhibiteur de l'échelle des champs pétrolifères biodégradable, vert, non toxique, économique et ne constituant aucune menace pour l'environnement et l'écosystème, il reste encore beaucoup de travail à faire :

(1) Recherche et développement d'inhibiteurs d'échelle adaptés aux échelles composites. Les inhibiteurs d'échelle verte actuels ne peuvent exercer des effets d'inhibition d'échelle que sur un certain type d'échelle, mais ne peuvent pas montrer d'effets d'inhibition d'échelle sur plusieurs échelles en même temps.

(2) Recherche sur le mécanisme d'inhibition de l'échelle des inhibiteurs de l'échelle verte. La description du mécanisme d'inhibition de l'échelle des inhibiteurs de l'échelle verte est toujours à un niveau qualitatif, avec peu de données spécifiques pour le soutenir. En particulier, l'exploration des effets synergiques spécifiques des mécanismes d'inhibition de l'échelle multiple manque encore de données.

(3) Recyclage et réutilisation des inhibiteurs de l'écaille verte. Afin d'économiser des ressources et de réduire le coût du développement des champs pétrolifères, il est très important d'étudier le recyclage et la réutilisation des inhibiteurs de l'écaille verte. Cependant, peu de chercheurs mènent actuellement des recherches approfondies sur cette question.

(4) Industrialisation de la synthèse des inhibiteurs de l'échelle verte. Le but de la recherche et du développement est d'optimiser la voie de synthèse, d'utiliser des matières premières abondantes, facilement disponibles et à faible coût pour la synthèse, d'améliorer le rendement, d'accélérer la production industrielle et de permettre l'application plus rapide des inhibiteurs de l'échelle verte au développement des champs pétrolifères.